화학자들과 작은 공장에 관한 은유를 좋아하는 사람들을 모두 기쁘게 할 움직임으로, 연구자들은 살아있는 세포의 두 가지 핵심 특징을 모방한 중공 CdS@폴리도파민 나노반응기를 구축했습니다. 미국화학회지에 게재된 이 설계는 합성 나노물질 내부에서 세포의 고도로 조직화된 화학 기능을 재현하는 새로운 방법을 제시합니다. 중국과학원 다롄화학물리연구소(DICP)의 리칸 교수와 내몽골대학의 지안 리우 교수 팀이 이 미세한 경이로움의 배후에 있는 주모자들입니다.

세포는 기본적으로 원래의 과잉 성취자들입니다: 그들은 구성 요소를 엄격하게 통제된 공간에 구획화함으로써 탁월한 효율과 정밀도로 복잡한 생화학 반응을 수행합니다. 과학자들은 생물학에게 뒤지지 않으려는 사람들로서 이제 이러한 원리를 공학적으로 설계된 나노물질에 적용하고 있습니다. 나노세포 공학이라고 불리는 이 분야는 특수 표면과 내부 기공 또는 공동을 가진 세포 유사 구조를 만드는 것을 목표로 합니다. 종종 나노반응기라고 불리는 이러한 합성 시스템은 기본적으로 세포 생물학과 나노기술의 사랑의 결실입니다.

새로운 나노반응기는 두 가지 생체모방 특징을 자랑합니다. 첫째, 폴리도파민 껍질에 동적 카테콜/o-벤조퀴논 산화환원 쌍을 가지고 있으며, 이는 양성자 펌프가 아닌 양성자 중계기 역할을 합니다. 이 쌍은 양성자와 전자가 함께 움직이는 과정인 양성자 결합 전자 전달(PCET)을 가속화합니다. 둘째, 구획화된 구조를 자랑합니다: 다공성 껍질로 둘러싸인 나노 규모의 중공 공동으로, 광자를 가두고 반응물이 축적되도록 하는 제한된 환경을 만듭니다. 마치 자체 대기실을 갖춘 작은 태양열 화학 실험실과 같습니다.

이러한 특징은 산소 환원과 물 산화의 반응 속도를 균형 있게 맞추는 데 도움이 되며, 이 두 반쪽 반응은 과산화수소 생산을 위해 조화롭게 작동해야 합니다. 수용액에서 가시광선 하에서 나노반응기는 3.24 mmol gcat.-1 h-1의 H2O2 광합성 속도와 1.2%의 태양-화학 전환 효율을 달성했습니다. 어떻게 작동하는지 알아내기 위해 연구자들은 in situ 분광법, 광화학 분석, 유한 요소 시뮬레이션 및 이론 계산을 사용했습니다. 또한 나노반응기를 알긴산나트륨 하이드로겔 매트릭스에 내장하여 자연 햇빛 아래에서 안정적인 성능을 유지하면서 H2O2를 연속적으로 합성할 수 있는 고체, 재활용 가능한 광촉매를 만들었습니다.

리 교수는 "우리의 연구는 살아있는 세포의 정교한 기능을 점점 더 모방하는 생체모방 나노반응기를 공학적으로 설계하기 위한 새로운 전략을 제공하며, 인공 광합성, 에너지 촉매 작용 및 합성 화학에서 새로운 기회를 열어줍니다"라고 말했습니다. 그러니 다음에 식물이 광합성하는 것을 볼 때, 우리가 시험관에서 그것을 할 수 있는 데 한 걸음 더 가까워졌다는 것을 기억하세요, 하지만 더 많은 폴리도파민과 함께.